聯(lián)電ME7系統(tǒng)原理

1、United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 目錄目錄 1 系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述 3 ME7系統(tǒng)的主要控制策略系統(tǒng)的主要控制策略 6 ME7系統(tǒng)的綜合診斷系統(tǒng)的綜合診斷 8 結(jié)束語結(jié)束語 7與其它系統(tǒng)的接口與其它系統(tǒng)的接口 2 ME7的主要控制系統(tǒng)的主要控制系統(tǒng)

2、 5 電控單元（電控單元（ECU） 4 主要傳感器與執(zhí)行器介紹主要傳感器與執(zhí)行器介紹 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述 系統(tǒng)特點系統(tǒng)特點 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成 系統(tǒng)基本功能系統(tǒng)基本功能 系統(tǒng)輔助功能系統(tǒng)輔助功能 系統(tǒng)基本控制策略系統(tǒng)基本控制策略 系統(tǒng)擴(kuò)展系統(tǒng)擴(kuò)展 系統(tǒng)接口系統(tǒng)接口 系統(tǒng)診斷系統(tǒng)診斷 本章將從以下幾個方面對ME7系統(tǒng)進(jìn)行初步介紹。其中的系統(tǒng)組成和控制策 略將在后面進(jìn)行重點論述。 United Automoti

3、ve Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University ME7系統(tǒng)是目前國內(nèi)采用的德國BOSCH公司生產(chǎn)的Motronic系列發(fā)動機(jī) 管理系統(tǒng)（Engine Management System 簡稱EMS）的最先進(jìn)的一種，與之 前的M1和M3系統(tǒng)的最大不同在于ME7系統(tǒng)的控制策略是基于扭矩控制的。 這種控制策略可以靈活地將眾多系列的Motronic系統(tǒng)功能移植到不同 的發(fā)動機(jī)和使用環(huán)境。 ME7系統(tǒng)采用了電子節(jié)氣門（Electronic Throttle Control,簡稱 ETC)，

4、使得發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量不直接由加速踏板來控制，而是由電控單元采 集分析諸多信號后通過控制節(jié)氣門開度來精確確定。 系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述 ME7系統(tǒng)的電控單元（EMS ECU）采用了兩片高性能CPU，大容量的閃 存（Flash Memory），在提高系統(tǒng)運行處理能力和程序、匹配數(shù)據(jù)升級方 面有明顯的提高。 電控單元（EMS ECU）中的CPU還集成了CAN總線控制器，與車內(nèi)其它 電子控制系統(tǒng)組成了

5、CAN總線網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)性能，并同時也為 診斷和維修提供了方便。 此外，ME7系統(tǒng)集成了眾多先進(jìn)的傳感器和執(zhí)行器，可以更加準(zhǔn)確、 可靠地測量和執(zhí)行動作，所有這些都為提高整個汽車的綜合性能奠定了堅 實的基礎(chǔ)。 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述 ME7組成示意圖：組成示意圖： United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Sh

6、anghai Jiaotong University 如上圖所示，ME7系統(tǒng)包括以下三個部分： -傳感器 負(fù)責(zé)記錄當(dāng)前發(fā)動機(jī)和車輛運行的各種數(shù)據(jù)以及駕駛者的駕駛意愿 -執(zhí)行機(jī)構(gòu) 火花塞式發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)所要求的所有的伺服單元或終端控制元件 -中央電控單元(ECU） 對傳感器信號進(jìn)行采集處理并生成相應(yīng)輸出控制信號 系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述 United Automotive Electronic

7、Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述 此外，根據(jù)擴(kuò)展功能的不同，此外，根據(jù)擴(kuò)展功能的不同， 還可能有以下執(zhí)行器：還可能有以下執(zhí)行器： United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University ME7發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)的基本功能是根據(jù)駕駛者的意愿設(shè)置相應(yīng)的扭矩 輸出。 具體地說，就是利用加速踏板位置傳感器反映當(dāng)前駕駛者的駕駛意愿， 中央電控單元將認(rèn)為當(dāng)

8、前的加速踏板位置傳感器的測量值對應(yīng)著一個特定 的輸出扭矩，為了獲得這個對應(yīng)的扭矩，中央電控單元將在采集各類發(fā)動 機(jī)工況參數(shù)和車輛運行參數(shù)的基礎(chǔ)上，協(xié)調(diào)各個輸出控制信號，如： - 氣缸進(jìn)氣量 - 噴油量 - 點火正時 以達(dá)到要求的輸出扭矩，同時系統(tǒng)將監(jiān)測當(dāng)前運行參數(shù)的變化情況。 系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University ME7系統(tǒng)同時廣泛采用了輔助的開環(huán)和閉環(huán)控制功能，包括： 怠速控制 閉環(huán)控制 燃油蒸發(fā)排放控制 巡航控制 降低

9、NOx排放的排氣再循環(huán)控制(EGR) 降低HC排放的二次空氣噴射控制 系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述 由于多種因素的共同作用，這些輔助功能已被提高到了一個重要的位置。 這些因素包括： 要求降低尾氣排放的法規(guī) 對進(jìn)一步提高燃油經(jīng)濟(jì)性的不懈追求 對安全性和駕駛舒適性的更高要求 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Departm

10、ent Shanghai Jiaotong University ME7系統(tǒng)也可進(jìn)行擴(kuò)展，以集成以下配置： - 渦輪增壓器和可變進(jìn)氣歧管控制(可提高動力輸出) - 發(fā)動機(jī)閥門正時可變的凸輪軸控制 (可降低燃油消耗和排放，同時提高動力輸出) - 爆震控制、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速控制和車速控制(可保護(hù)發(fā)動機(jī)和車輛)。 系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University M7系列的發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)采用的是基于扭矩控制的控制策略。 使用該控制策略，可以使系統(tǒng)

11、針對不同發(fā)動機(jī)和使用環(huán)境，方便靈活 地集成眾多Motronic系列產(chǎn)品的功能。 大多數(shù)輔助開環(huán)和閉環(huán)控制功能都會體現(xiàn)在對發(fā)動機(jī)扭矩的影響上， 這經(jīng)常導(dǎo)致同時出現(xiàn)相互矛盾的要求。 該控制策略則能夠區(qū)分出這些相互矛盾的需求的優(yōu)先程度，并執(zhí)行最 至關(guān)重要的需求,這也是基于扭矩控制的控制策略的優(yōu)勢所在。 系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 在ME7系統(tǒng)中，中央控制單元采用CAN(Controller Area Network,

12、控制器局域網(wǎng))總線與車內(nèi)掌管其它系統(tǒng)的不同控制單元保持通信與互相 協(xié)作。 這種協(xié)作的一個例子是當(dāng)進(jìn)行換檔時，Motronic控制單元可操縱自 動變速箱的ECU來執(zhí)行扭矩的減少，從而減少變速箱的磨損。 同樣，如果安裝了TCS(牽引控制系統(tǒng))，當(dāng)感受到車輪滑動時，它 的ECU會把相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳遞給Motronic控制單元，使其降低發(fā)動機(jī)扭矩。 這也是采用基于扭矩的柔性響應(yīng)控制的另一個好處。 系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University

13、由于器件故障將可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全或排放問題，在線診斷系統(tǒng)(On- Board Diagnosis)是Motronic系列發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置。 利用在線診斷，系統(tǒng)可以診斷出象空氣流量計、電子節(jié)氣門體、氧傳 感器、碳罐閥等諸多器件的故障。 ME7系統(tǒng)可滿足OBD和EOBD標(biāo)準(zhǔn)。 系統(tǒng)綜述系統(tǒng)綜述 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University ME7的主要控制系統(tǒng)的主要控制系統(tǒng) United Automotive Electronic System

14、s Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University ME7的主要控制系統(tǒng)的主要控制系統(tǒng) 發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)主要通過控制：進(jìn)氣、噴油、點火來實現(xiàn)對整個發(fā)動機(jī)的 運行管理，本章將主要就以下三個分系統(tǒng)介紹ME7主要的控制系統(tǒng)： 燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng) 點火系統(tǒng)點火系統(tǒng) 進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣系統(tǒng) United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 對火花塞式發(fā)動機(jī)而言，決定功率輸出的首要因素是氣缸進(jìn)氣量。 發(fā)

15、動機(jī)管理系統(tǒng)主要是通過調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度來控制氣缸進(jìn)氣的。 進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣系統(tǒng) United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 常規(guī)系統(tǒng)常規(guī)系統(tǒng) 常規(guī)的設(shè)計是依靠機(jī)械的連接 來控制節(jié)氣門，借助系纜或機(jī)械拉 桿傳遞加速踏板的運動，相應(yīng)地轉(zhuǎn) 變成節(jié)氣門的動作。 發(fā)動機(jī)冷車啟動時，為了克服 較大的內(nèi)部摩擦消耗需要吸入較多 的空氣和噴入額外多的燃油；同時， 當(dāng)輔助設(shè)備如空調(diào)壓縮機(jī)被打開時， 氣缸也需要吸入更多的空氣來彌補 驅(qū)動功率的損失。 進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣系統(tǒng) 1 怠

16、速旁通閥怠速旁通閥 3 節(jié)氣閥節(jié)氣閥 2 ECU 4 旁通管旁通管 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 這些額外的空氣要求可通過空氣旁通執(zhí)行器來滿足，這種執(zhí)行器能控制 一個繞過節(jié)氣門的額外氣流通道。 另一種選擇是使用一種可隨發(fā)動機(jī)需求變化而相應(yīng)調(diào)整節(jié)氣門最小開度 的節(jié)氣門執(zhí)行器來滿足這種要求。 但這兩種情況下為滿足發(fā)動機(jī)需求波動而對空氣流量進(jìn)行電子控制的范 圍都是有限的，僅局限在某些特定工況，比如說怠速控制。 進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣系統(tǒng) Unite

17、d Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 帶有帶有ETCETC的系統(tǒng)的系統(tǒng) 如下圖所示，ETC(電子節(jié)氣門控制)控制涉及部件包括：加速踏板、EMS ECU、和電子節(jié)氣門總成。 進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣系統(tǒng) 加速踏板加速踏板EMS ECU 電子節(jié)氣門體電子節(jié)氣門體 電子節(jié)氣門電子節(jié)氣門 控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)： 監(jiān)測模塊監(jiān)測模塊 傳感器傳感器 執(zhí)行器執(zhí)行器 電子節(jié)氣門總成電子節(jié)氣門總成 United Automotive Electronic Systems Sales

18、and Marketing Department Shanghai Jiaotong University ETCETC系統(tǒng)部件說明：系統(tǒng)部件說明： - 加速踏板：內(nèi)有兩個輸出信號同向變化的電位器負(fù)責(zé)監(jiān)控踏板的位 置。踏板的位置由駕駛員決定。 - 電子節(jié)氣門體：包括節(jié)氣閥門、節(jié)氣門執(zhí)行器(一直流電機(jī))、節(jié) 氣門開度傳感器。其中開度傳感器是兩個輸出反向互補的電位器。 ME-Motronic系統(tǒng)將ETC控制與負(fù)責(zé)點火、噴油和大量輔助功能的發(fā) 動機(jī)管理ECU集成在一起，而無需為ETC配備一個專門的ECU。 進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣系統(tǒng) United Automotive Electronic Systems S

19、ales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣系統(tǒng) ETC控制系統(tǒng)部件：控制系統(tǒng)部件： 1 電子節(jié)氣門體電子節(jié)氣門體 2 EMS ECU 3 加速踏板加速踏板 下圖給出的是一典型的ETC系統(tǒng)部件的圖片： United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University ETCETC系統(tǒng)控制原理：系統(tǒng)控制原理： 加速踏板位置傳感器將感受到的加速踏板位置信號傳遞給ECU， ECU 計算出相

20、應(yīng)的節(jié)氣門開度，在根據(jù)發(fā)動機(jī)當(dāng)前運行工況作適當(dāng)調(diào)整后，產(chǎn) 生一個相應(yīng)的控制信號傳遞給電子節(jié)氣門總成的節(jié)氣門執(zhí)行器。 節(jié)氣門執(zhí)行器能夠?qū)CU的輸出控制信號做出精確的響應(yīng)，同時兩個 節(jié)氣門位置傳感器又將當(dāng)前的節(jié)氣門開度信息反饋給ECU，由ECU再做適當(dāng) 的反饋控制。 電子節(jié)氣門總成上的兩個反相互補節(jié)氣門位置傳感器連同加速踏板 上監(jiān)控踏板運動行程的兩個電位器，構(gòu)成了整個ETC監(jiān)控功能的一部分， 能提供系統(tǒng)所期望的冗余度。 進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣系統(tǒng) United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jia

21、otong University 在整個發(fā)動機(jī)運行期間，ETC控制系統(tǒng)會不斷地檢查和監(jiān)測所有能影 響節(jié)氣門開度的傳感器信號和計算。 一旦遇到故障，系統(tǒng)的初始反應(yīng)是回復(fù)到基于冗余傳感器信號的狀 態(tài)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。如果沒有冗余的信號可用，則節(jié)氣門開度調(diào)整到默認(rèn) 的位置。 進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣系統(tǒng) United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 盡管節(jié)氣門控制是控制發(fā)動機(jī)進(jìn)氣的主要方式，仍然有許多其它的 系統(tǒng)型式也能夠?qū)崿F(xiàn)對進(jìn)入氣缸中的新鮮空氣和殘留廢氣數(shù)量的調(diào)整

22、， 包括： - 可變進(jìn)排氣閥門正時 - 排氣再循環(huán)(EGR) - 可變進(jìn)氣歧管布置(動態(tài)增壓） - 廢氣渦輪增壓 進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣系統(tǒng) United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 燃油供應(yīng)與傳送燃油供應(yīng)與傳送 電動燃油泵從油箱中泵出燃油，經(jīng)燃油濾清器強制過濾后，燃油被送 往燃油分配管。 燃油分配管上裝有由電磁控制的噴油器，可以精確地將一定數(shù)量的燃 油噴入進(jìn)氣歧管。 在配有回油管的系統(tǒng)中，燃油流經(jīng)油壓調(diào)節(jié)器后多于的部分會返回油 箱中。 燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng)

23、 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 燃油系統(tǒng)可分為帶回 流管和不帶回流管的兩種， 在無回油管的系統(tǒng)中，油 壓調(diào)節(jié)器緊挨著油泵安裝。 回油管就可省略了，這不 僅可減少生產(chǎn)的成本，而 且可降低油箱里的溫度。 溫度的降低意味著不 僅碳?xì)浠衔锏呐欧鸥伲?而且燃油蒸發(fā)排放系統(tǒng)的 表現(xiàn)會更佳。 右圖給出的是帶回流 管的燃油系統(tǒng)。 燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng) 5 4 3 12 帶回流管的燃油系統(tǒng)帶回流管的燃油系統(tǒng) 1 油罐油罐 2 電動燃油泵電動燃油泵 3

24、 燃油濾清器燃油濾清器 4 油壓調(diào)節(jié)器油壓調(diào)節(jié)器 5電磁噴油器電磁噴油器 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng) 1）電動燃油泵 2）燃油分配管 3）燃油濾清器 4）油壓調(diào)節(jié)器 5）電磁噴油器 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 1 1）電動燃油泵）電動燃油泵 電動燃油

25、泵維持著由 油箱而來的連續(xù)不斷的燃 油流動。它可以安裝在油 箱里或者油箱外的油路中。 目前多采用的是在油 箱內(nèi)安裝油泵總成，這種 油泵總成集成了油泵與油 位傳感器，并設(shè)有一渦旋 狀隔板結(jié)構(gòu)以去除回油管 中的油蒸汽。 燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng) 兩級電動輸油泵（側(cè)道泵和兩級電動輸油泵（側(cè)道泵和內(nèi)嚙合齒輪泵內(nèi)嚙合齒輪泵） 1 第一級（側(cè)道泵） 2 主級（內(nèi)嚙合齒輪泵）3 電動機(jī)轉(zhuǎn)子 4 換向器 5 單向閥 6 電線接頭 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong Universit

26、y 2 2）燃油分配管）燃油分配管 燃油經(jīng)油泵后流過燃油分配管，燃油分配管上裝有噴油器，在這里燃 油被均勻的分配到各個噴油器。在有回油管的系統(tǒng)中還有壓力調(diào)節(jié)器。 燃油分配管的尺寸經(jīng)過精心設(shè)計，以防止由于噴油器的開關(guān)引起諧振 造成局部的油壓波動。這就避免了在負(fù)荷或轉(zhuǎn)速變化的過渡工況時噴入不 規(guī)則數(shù)量的燃油。 視不同車型的特殊需要，燃油分配管可采用鋼制、鋁制或塑料材料制 造。同時燃油分配管也可集成一個測試閥，供檢修時卸壓以及測試之用。 燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng) United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shang

27、hai Jiaotong University 3 3）燃油濾清器）燃油濾清器 燃油雜質(zhì)造成的污染 會影響油壓調(diào)節(jié)器與噴油 器的工作。 因此有必要在油泵的 下游安裝一個燃油濾清器。 濾清器中含有紙制的 濾芯，濾芯上帶有許多平 均直徑僅10m的微孔。 燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng) 燃油濾清器燃油濾清器 1 紙質(zhì)濾芯 2 濾網(wǎng) 3支承板 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 4 4）油壓調(diào)節(jié)器）油壓調(diào)節(jié)器 噴油量由噴油脈寬和燃 油分配管與進(jìn)氣歧管的壓差 決

28、定。 有回油管的系統(tǒng)由油壓 調(diào)節(jié)器負(fù)責(zé)維持燃油系統(tǒng)與 進(jìn)氣歧管的壓差恒定。 燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng) 油壓調(diào)節(jié)器油壓調(diào)節(jié)器 1 進(jìn)氣歧管接頭，2 彈簧，3 壓板， 4 膜片，5 閥片，6 進(jìn)油口，7 回油口。 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 5 5）油壓衰減器）油壓衰減器 噴油器的循環(huán)工作與正排量燃 油泵的周期性燃油卸壓特性都會引 發(fā)燃油系統(tǒng)內(nèi)的壓力波。在惡劣的 環(huán)境條件下，電動油泵、油路以及 燃油分配管的支架會將這種壓力波 動傳遞給油箱和車

29、身。 通過使用特別設(shè)計的支架和油 壓衰減器可以抑制這些噪聲源。油 壓衰減器的設(shè)計與油壓調(diào)節(jié)器類似， 由一個有彈簧預(yù)設(shè)力壓住的膜片將 燃油腔與空氣腔分割開。 燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng) 油壓衰減器油壓衰減器 1 彈簧，2 彈簧座板，3 膜片， 4 進(jìn)油口，5 回油口。 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 6 6）電磁噴油器）電磁噴油器 當(dāng)電磁線圈中沒有電流通過時，由于彈簧力與燃油壓力的共同作用， 閥針被壓向閥座，從而將燃油供應(yīng)系統(tǒng)與進(jìn)氣歧管隔斷。 當(dāng)

30、電磁線圈通電時，線圈周圍產(chǎn)生磁場，從而提升銜鐵，閥針離開閥 座，燃油便通過噴油器噴出。 電磁噴油器的結(jié)構(gòu)可參考下圖。 燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng) United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng) EV6 噴油器噴油器 1 O形圈 2 濾網(wǎng) 3帶導(dǎo)線接頭的噴油器殼體 4 線圈繞組 5彈簧 6帶電磁銜鐵的針閥體 7帶噴嘴盤的閥座 電磁噴油器的結(jié)構(gòu)示意圖： United Automotive Electronic Systems Sales and

31、Marketing Department Shanghai Jiaotong University 燃油噴射燃油噴射 為滿足汽車平穩(wěn)運行和低排放的嚴(yán)格要求，每一個工作循環(huán)都需要提供 完全精確的混合氣配制。 噴射的燃油量必須精確計量以匹配吸入的空氣量。如今，準(zhǔn)確的噴油正 時也變得越來越重要，因此，ME7系統(tǒng)采用的是多點燃油噴射，即每個氣缸 都配有一個電磁噴油器。 噴油器由ECU控制，可在準(zhǔn)確的時間點將精確的燃油量直接噴向氣缸進(jìn) 氣門附近，這樣大大避免了噴出燃油沿進(jìn)氣管壁的凝結(jié)。因為這種凝結(jié)將 導(dǎo)致所需混合氣空燃比的偏離。 此外，對于多點燃油噴射系統(tǒng)來說，因為發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管只通過供燃燒 的空氣，所

32、以可以優(yōu)化其形狀和尺寸來實現(xiàn)發(fā)動機(jī)的動態(tài)增壓。 燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng) United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng) 多點燃油噴射多點燃油噴射 1 燃油 2 空氣 3 節(jié)氣門 4 進(jìn)氣歧管 5 噴油器 6 發(fā)動機(jī)。 多點燃油噴射示意圖如下： United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 燃油

33、系統(tǒng)燃油系統(tǒng) 混合氣配制 可以采用各種不同的燃油調(diào)節(jié)方法來實現(xiàn)有效的燃油霧化，最大程度保 證空燃混合氣的均勻性，同時使在進(jìn)氣管壁凝結(jié)程度最小。 燃油霧化模式取決于噴油器出口端的幾何形狀、角度以及油滴的尺寸。 對特定的氣缸頭與進(jìn)氣歧管幾何形狀而言，采用的噴油器應(yīng)有所不同。 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 點火系統(tǒng)點火系統(tǒng) 點火系統(tǒng)的首要任務(wù)是保 證在規(guī)定時間內(nèi)點燃混合氣。 為此，點火系統(tǒng)必須嚴(yán)格控制 點火正時，同時也要確?；鸹?塞能夠釋

34、放足夠的能量點燃混 合氣。 右圖給出的是一典型的點 火線圈。 單火花點火線圈單火花點火線圈 1 驅(qū)動信號輸入端 2 多片鐵芯 3 初級線圈 4 次級線圈 5 彈簧接觸的 高壓輸出端 6 火花塞接頭 1 2 3 4 5 6 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 點火系統(tǒng)點火系統(tǒng) 點火系統(tǒng)主要由點火電子驅(qū)動 電路、點火線圈、火花塞和高壓導(dǎo) 線等組成。 中央電控單元根據(jù)曲軸位置傳 感器和轉(zhuǎn)速、水溫、電壓等信號計 算出點火時刻和通電時間，并將此 計

35、算結(jié)果送至點火電子驅(qū)動電路。 由點火電子組件控制點火線圈的初 級電路的接通和斷開。 點火線圈形式參見右圖。 點火線圈（簡圖）點火線圈（簡圖） a）單火花點火線圈 (旋轉(zhuǎn)分配) b）單火花點火線圈(靜態(tài)分配) c）雙火花點火線圈(靜態(tài)分配) 。 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 點火電路產(chǎn)生點火所需的高壓，然后在準(zhǔn)確的時刻供給相應(yīng)的火 花塞。 點火線圈在閉合時儲存能量，在斷開時產(chǎn)生高壓，通過火花塞放 電生成火花。 點火系統(tǒng)點火系統(tǒng) Uni

36、ted Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 電控單元ECU是發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)的“處理與控制中心”。它采用預(yù)先存儲 的功能或算法(處理程序) 對由傳感器送來的信號進(jìn)行處理，并以這些傳感器 信號為基礎(chǔ)計算得到控制信號，并通過驅(qū)動級直接將控制信號送往相應(yīng)的執(zhí) 行器(例如點火線圈和噴油嘴)實施控制。 ME7發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)的電控單元采用的是專門為發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)而設(shè)計 定義的16位高性能微處理器，此外還為微處理器配有閃存（Flash Memory） 可方便地實現(xiàn)程序

37、和匹配數(shù)據(jù)的更新。 電控單元（電控單元（ECU） United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 電控單元（電控單元（ECU） ME7電控單元：電控單元： 1 多端插頭 2 電路板 3 驅(qū)動芯片 4 內(nèi)含ROM的功能處理器 5 閃存（儲存針對不同車型補充程序） 6 EEPROM 7 內(nèi)含ROM的擴(kuò)展處理器 8 閃存（儲存擴(kuò)展處理器的部分程序） 9 大氣壓力傳感器 10CJ910芯片組（集成了5V電壓調(diào)節(jié)器 和感應(yīng)式傳感器的處理電路） 在背面還有外置R

38、AM United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 電控單元（Electric Control Unit,簡稱ECU）是由金屬外殼與敷有 電子元器件的印刷電路板構(gòu)成。 具有混合電路的緊湊型ECU可以直接安裝在發(fā)動機(jī)上，獨特的設(shè)計使 它能抵抗較高的熱應(yīng)力。 通過一個多引腳的線束插頭將ECU與各傳感器和執(zhí)行器、當(dāng)然還有電 源相連。這種接頭的引腳數(shù)目取決于ECU所包含的相應(yīng)功能的多少。在 ME-Motronic系統(tǒng)中，接頭引腳不會少于100個。 在PCB

39、板的輸出功放電路下方（反面）有層金屬底板，利用穿孔連接 來實現(xiàn)向金屬底板下表面的熱傳遞,并從那兒把輸出放大電路所產(chǎn)生的熱 量通過“熱橋”傳遞給金屬外殼。 電控單元（電控單元（ECU） United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University ECU必須承受一些極端的考驗，比如溫度、濕度和物理應(yīng)力，并抵 抗所導(dǎo)入的電磁干擾，抑制向外發(fā)射的高頻電磁靜電噪聲。 正常運行狀態(tài)下，ECU應(yīng)能實現(xiàn)在實際工作環(huán)境溫度和正常電源電 壓下正確無誤地進(jìn)行信號處理。 電壓調(diào)節(jié)器為E

40、CU提供數(shù)字電路所需的5V恒定工作電壓。 電控單元（電控單元（ECU） United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 傳感器信號首先經(jīng)過保護(hù)電路，再經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換器和放大器進(jìn)入ECU， 主要類型如下： - 模擬信號 ECU內(nèi)部集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)負(fù)責(zé)把模擬信號(例如加速踏板位置、 空氣流量、發(fā)動機(jī)溫度、電源電壓比等信息)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 - 數(shù)字輸入信號 例如空調(diào)、換檔選擇手柄等的開關(guān)信號，以及來自霍爾傳感器的轉(zhuǎn) 速脈沖可以直接供微處理器處理。

41、 電控單元（電控單元（ECU） United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 由感應(yīng)式傳感器送來的脈沖輸入信號提供了諸如車速、曲軸轉(zhuǎn)速和 轉(zhuǎn)角等信息。它們由特殊電路進(jìn)行處理，并被轉(zhuǎn)換成方波信號。 根據(jù)系統(tǒng)集成度的不同，對原始信號的處理可以部分或完全由傳感器自 身來完成。通過數(shù)據(jù)總線（CAN）傳遞的信息不需要進(jìn)行預(yù)處理。 電控單元（電控單元（ECU） United Automotive Electronic Systems Sales and Mar

42、keting Department Shanghai Jiaotong University 輸入信號由在ECU內(nèi)部的微處理器進(jìn)行處理。 為使系統(tǒng)能正常運作，必須為微處理器配備已固化在非易失性存儲器 (ROM或EPROM或Flash Memory)中的信號處理程序。這些存儲器中還包含用 來指導(dǎo)發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)(EMS)工作的特定曲線和MAP圖（數(shù)據(jù)）。 為適應(yīng)不同的發(fā)動機(jī)和車輛對各自不同數(shù)據(jù)范圍的需要，ECU直到生 產(chǎn)的最后環(huán)節(jié)才進(jìn)行程序?qū)懭耄ó?dāng)然在這一過程里沒有必要打開ECU）。這 樣就可減少應(yīng)任何一家汽車廠商的特殊要求而專門生產(chǎn)的ECU的類型。 電控單元（電控單元（ECU） United A

43、utomotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 可讀/寫的隨機(jī)存儲器(Random Memory，簡稱RAM)用來存儲計算結(jié)果 和調(diào)節(jié)參數(shù)，以及由診斷所得出的系統(tǒng)故障信息。 RAM必須要有不間斷的供電，一旦斷開與汽車電瓶的連接，所有的數(shù) 據(jù)都將消失；恢復(fù)電瓶供電后，ECU必須重新計算適應(yīng)因子。 為解決這一問題，有些ECU單元則將所需要的變量存儲在EEPROM(非易 失性存儲器)中備用。 電控單元（電控單元（ECU） United Automotive Electro

44、nic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 由微處理器控制的輸出驅(qū)動電路提供足夠的功率輸出直接驅(qū)動執(zhí)行機(jī) 構(gòu)。這些驅(qū)動電路有一整套保護(hù)電路，以防止因?qū)Φ囟搪?、電源電壓波?和電器過載等造成損壞。 OBD診斷功能能夠檢查出驅(qū)動級的各種故障，并相應(yīng)地在必要時抑制 該路輸出。故障入口程序也保存在RAM中，維修工程師就可用診斷儀與其 串口相連，獲取相應(yīng)的故障信息。 點火關(guān)閉中斷電源供應(yīng)時，有些ECU會依靠一套保持電路維持主繼電 器開啟，直到完成程序處理。 電控單元（電控單元（ECU） United Au

45、tomotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University ME7系統(tǒng)的主要控制策略系統(tǒng)的主要控制策略 如綜述中所述，ME7系統(tǒng)除了M1，M3系列所具有的閉環(huán)控制，怠速閉環(huán)控 制，爆震控制之外，還在于ME7的控制系統(tǒng)是基于扭矩控制這個平臺的，下面 將對以下ME7系統(tǒng)的主要計算、控制策略進(jìn)行論述： United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong Univers

46、ity 發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)的首要任務(wù)是將駕駛指令反映到發(fā)動機(jī)的功率和扭矩輸 出上。不論是在恒速前進(jìn)還是加速前進(jìn)，駕駛員都需要發(fā)動機(jī)輸出扭矩克服 前進(jìn)中的阻力。 此外，系統(tǒng)內(nèi)許多功能子系統(tǒng)（如怠速控制和轉(zhuǎn)速調(diào)速等）參與對行駛 伺服機(jī)構(gòu)（如電子牽引力控制，自動變速箱）和通常的汽車附屬功能（如空 調(diào)等）的控制，并將這些設(shè)備對發(fā)動機(jī)功率輸出調(diào)整要求告訴Motronic系統(tǒng)。 例如，在啟動空調(diào)壓縮機(jī)時，空調(diào)控制系統(tǒng)就會向ECU請求增加輸出功率。 早期發(fā)動機(jī)運行時，作為控制參數(shù)的氣缸充氣量、燃油質(zhì)量和點火正時 都被認(rèn)為是控制指令而直接執(zhí)行，當(dāng)各種可能互相矛盾的需求同時出現(xiàn)時， 彼此之間沒有協(xié)調(diào)。 基于扭矩控制

47、的理論基于扭矩控制的理論 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 采用基于扭矩控制策略的ME7系統(tǒng)則前進(jìn)了一步，它首先對各部件 的要求進(jìn)行優(yōu)先級判斷和協(xié)調(diào)，然后再利用得出的控制參數(shù)去實現(xiàn)指定 扭矩的輸出。 這種協(xié)調(diào)控制的策略能確保發(fā)動機(jī)在各個工況下實現(xiàn)排放和耗油 的優(yōu)化。 此外，采用基于扭矩的控制策略，就能比較方便地做到：根據(jù)不 同的發(fā)動機(jī)和客戶使用要求，將眾多的不同控制功能集成到不同型號的 發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)中，供用戶自由選擇。也就是說，從而使

48、ME7型發(fā)動機(jī) 管理系統(tǒng)具有更好的移植性。 基于扭矩控制的理論基于扭矩控制的理論 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 基于扭矩控制的理論基于扭矩控制的理論 外部請求: 加速踏板(駕駛員) 巡航控制 外界動力條件 舒適性和方便性 起動 加熱三元催化器 怠速控制 運行效率 對扭矩輸出和運 行效率進(jìn)行協(xié)調(diào)怠速控制 轉(zhuǎn)速限制 元件保護(hù) 設(shè)定可能的 各控制參數(shù) 起動 節(jié)氣門開度 點火正時 噴油控制 廢氣旁通閥 United Automotive E

49、lectronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 發(fā)動機(jī)的扭矩計算發(fā)動機(jī)的扭矩計算 燃燒過程產(chǎn)生的內(nèi)部扭矩是基于扭矩控制的ME-Motronic系統(tǒng)的基 本參數(shù)。 發(fā)動機(jī)的實際輸出扭矩還要從中扣除摩擦、泵氣損失、驅(qū)動輔助器 件（水泵、交流發(fā)電機(jī)等）和傳動裝置所消耗的能量。 基于扭矩控制的最終目的是能夠選擇最精確的發(fā)動機(jī)參數(shù)以精確地 響應(yīng)駕駛指令，同時還要補償損失以及滿足給其他輔助部件供能的需要。 基于扭矩控制的理論基于扭矩控制的理論 United Automotive Electronic

50、 Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 實際輸出扭矩的調(diào)節(jié)實際輸出扭矩的調(diào)節(jié) ME-Motronic系統(tǒng)在扭矩生成的時候采用兩種方法調(diào)節(jié)輸出扭矩： 一種是控制電子節(jié)氣門（ETC）改變進(jìn)氣量，這是一種逐漸緩慢過 渡的方法，另外一種是采用調(diào)節(jié)點火正時或關(guān)閉某個氣缸噴油的快速響 應(yīng)方式。 采用緩慢過渡的方法實際上就是控制進(jìn)氣量的方法，主要負(fù)責(zé)穩(wěn)態(tài) 運行；而快速響應(yīng)的方式（調(diào)節(jié)點火正時）可以在扭矩生成時對動力變 化非常迅速地響應(yīng)。 具體調(diào)節(jié)過程可參照下圖。 基于扭矩控制的理論基于扭矩控制的理論 Unite

51、d Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 基于扭矩控制的理論基于扭矩控制的理論 外部和 內(nèi)部扭 矩要求 (如轉(zhuǎn)速 限制、 空調(diào)壓 縮機(jī)、 自動變 速箱等) 改變進(jìn)氣 量時的優(yōu) 先級設(shè)定 改變點火正 時時的優(yōu)先 級設(shè)定 扭矩到進(jìn)氣量之 間的轉(zhuǎn)換計算 實際新鮮空 氣進(jìn)氣量 計算運行效率 和參考扭矩噴油時間 指定扭矩和 同步控制信 號（噴油、 點火）之間 的對應(yīng)關(guān)系 進(jìn)氣量和節(jié)氣門 之間的對應(yīng)關(guān)系 運行效率、 、點火正時 設(shè)定進(jìn) 氣量參 考點 設(shè)定 進(jìn)氣 量

52、進(jìn)氣量和啟動 增壓器之間的 對應(yīng)關(guān)系 駕駛指令 點火正時 設(shè)定扭矩參考點 進(jìn)氣管壓力 節(jié)氣門開度 啟動廢氣 旁通閥 利用改變進(jìn)氣量和點利用改變進(jìn)氣量和點 火正時改變扭矩輸出火正時改變扭矩輸出 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 進(jìn)氣閥門關(guān)閉的時候氣缸內(nèi)的空氣質(zhì)量稱為進(jìn)氣量。 還有一種和活塞位移無關(guān)的相對空氣量，它是當(dāng)前進(jìn)氣量和在標(biāo)準(zhǔn)條件 下（P0 = 1.013kPa，T0 = 273K）氣缸所能容納的空氣質(zhì)量的比值。 在計算噴油量的時候

53、，必須要知道相對空氣量。它對于今天的火花塞式 發(fā)動機(jī)來說是一個影響功率輸出的基本參數(shù)。 氣缸進(jìn)氣量的計算氣缸進(jìn)氣量的計算 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 由于還沒有直接測量進(jìn)氣量的方法，因此必須利用現(xiàn)有的傳感器測量數(shù)據(jù) 在仿真模型的基礎(chǔ)上計算出相對空氣量。 進(jìn)氣仿真模型應(yīng)滿足以下要求： - 精確地確定在不同運行條件下的進(jìn)氣量 （包括在動力增壓、可選流程進(jìn)氣歧管、可變閥門正時等）； - 能夠?qū)Σ捎肊GR(廢氣再循環(huán))系統(tǒng)的排氣成分準(zhǔn)確反

54、映； - 對任何設(shè)定進(jìn)氣量，都能夠計算出對應(yīng)節(jié)氣門開度的控制參數(shù)。 氣缸進(jìn)氣量的計算氣缸進(jìn)氣量的計算 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 考慮到可以利用氣體流過閥門（這里是節(jié)氣門）所遵循的方程，進(jìn)氣歧 管仿真模型可以用來計算進(jìn)入氣缸的空氣量。 這時主要影響參數(shù)是緊挨著節(jié)氣門的前方空氣壓力、流過節(jié)氣門所造成 的壓降以及節(jié)氣門的實際通流面積，所有這些參數(shù)都用進(jìn)氣歧管仿真模型計 算得到。 其它一些只和節(jié)氣門相關(guān)的特定參數(shù)，如氣流經(jīng)過節(jié)氣門時的摩

55、擦損失， 則必須是在建立試驗測量的基礎(chǔ)上定量給出。 計算出來的節(jié)氣門開度將以指令參數(shù)的形式傳送給節(jié)氣門的開度控制元 件。 氣缸進(jìn)氣量的計算氣缸進(jìn)氣量的計算 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 1 1）噴油持續(xù)時間的計算）噴油持續(xù)時間的計算 要實現(xiàn)理論空燃比，氣缸充氣量是計算噴油量的基礎(chǔ)。同時結(jié)合與噴油器 設(shè)計有關(guān)的固定常量來計算噴油持續(xù)時間。 噴油持續(xù)時間也要受到噴油供油壓力和噴油背壓之間差值的影響。標(biāo)準(zhǔn)的 噴油供油壓力是300KPa（3

56、bar）。 2 2）噴油正時）噴油正時 為了保證燃燒質(zhì)量，在精確定量噴油量的同時還要有正確的噴油正時。 噴油計算與控制噴油計算與控制 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 噴油計算與控制噴油計算與控制 來自負(fù)荷信號的 基本噴油時間 起動所需 噴油時間 起動后階段和預(yù) 熱階段的修正。 閉環(huán)控制 的修正 瞬變補償 停 止 噴油 再開啟時 的修正 與運行點相關(guān)的噴油修正 蓄電池電壓修正 實際噴油時間 是否超速，發(fā)動 機(jī)或汽車限速 噴油時間的計算：

57、噴油時間的計算： United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 點火系統(tǒng)的目的是提供足夠的能量保證燃?xì)庠谇‘?dāng)?shù)臅r候完全燃燒。該能 量來源于線圈閉合期間提供給初級線圈的能量。 閉合結(jié)束的時間通常和點火時刻一致。ECU根據(jù)給點火線圈充電的需要確定 閉合角的大小。 ME-Motronic的無分電式點火系統(tǒng)在線圈閉合開始時給線圈充電，斷開時激 發(fā)點火。 點火正時的計算與控制點火正時的計算與控制 United Automotive Electronic Sy

58、stems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 點火正時的計算與控制點火正時的計算與控制 由負(fù)荷和轉(zhuǎn)速信號所得 到的基本點火提前角 溫度修 起動后和 預(yù)熱修正 與運行點相關(guān) 的點火角修正 超速斷油 前的修正 再開啟時 的修正 基于變速器 調(diào)節(jié)修正 點火提前角 極限 點火時刻 怠速時的點 火角修正 爆震控制的點 火角修正 超速 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong Universi

59、ty 可用不同的扭矩輸出和 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速來區(qū)分發(fā)動機(jī)的 不同運行工況。 右圖顯示了發(fā)動機(jī)運行的 不同工況范圍對應(yīng)的扭矩和 轉(zhuǎn)速范圍。 ME7系統(tǒng)對不同運行工況的處理系統(tǒng)對不同運行工況的處理 發(fā)動機(jī)運行工況范圍發(fā)動機(jī)運行工況范圍 滿滿 負(fù)負(fù) 荷荷 扭扭 矩矩 起起 動動怠速怠速 超速超速 斷斷 油油 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 速速 恢復(fù)后恢復(fù)后 部分負(fù)荷部分負(fù)荷加速加速 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 轉(zhuǎn)速與負(fù)荷快速變化的過渡工況尤其重要，因為這些工況對混合

60、氣形成 狀況有特殊要求（例如這時將出現(xiàn)進(jìn)氣歧管壁上油膜的凝結(jié)和氣化現(xiàn)象）。 另一個重要的環(huán)節(jié)是起動階段和隨后的暖機(jī)過程，這個過程將持續(xù)到發(fā) 動機(jī)和排氣系統(tǒng)的溫度升高到正常工作水平。 ME7系統(tǒng)對不同運行工況的處理系統(tǒng)對不同運行工況的處理 United Automotive Electronic Systems Sales and Marketing Department Shanghai Jiaotong University 在起動過程中，進(jìn)氣量、噴油量和點火時間根據(jù)專門的計算結(jié)果來調(diào)整。 起動后工況(緊接在起動過程結(jié)束之后)的混合氣仍然較濃，但相比起動 初始時已減少噴油量和進(jìn)氣量。 點火提